يمكن لمرشح جديد يعمل بالكهرباء أن يزيل تقريبًا كل نيتروجين الأمونيا من مياه الصرف الصحي في ما يزيد قليلاً عن دقيقة بينما يقوم أيضًا بتفكيك التلوث الناتج عن الكربون.
طور الباحثون عملية ترشيح كهربائي تستخدم جذور أكسيد الكلور (·ClO) المتولدة داخل غشاء متخصص لإزالة النيتروجين والملوثات العضوية في وقت واحد. ذكرت في هندسةيمكن أن توفر هذه التكنولوجيا طريقة أسرع وأكثر كفاءة لمعالجة مياه الصرف الصحي المعقدة دون إضافة سلائف كيميائية.
غالبًا ما تعتمد محطات معالجة مياه الصرف الصحي على خطوات بيولوجية وكيميائية وفيزيائية منفصلة للتحكم في الملوثات المختلفة. يمكن للأمونيا أن تلحق الضرر بالنظم البيئية المائية عن طريق استهلاك الأكسجين وتعزيز نمو الطحالب المفرط، في حين تساهم الملوثات العضوية في الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) للمياه المصرفة.
غشاء يحول الأمونيا إلى غاز النيتروجين
يوجد في مركز التكنولوجيا غشاء كهربائي تفاعلي يُعرف باسم RuO₂@PbO₂-M. وقد أنتجه الباحثون باستخدام طريقة قالب مقترن بالترسيب الكهربائي تجمع بين ثاني أكسيد الروثينيوم (RuO₂) وثاني أكسيد الرصاص (PbO₂)، مما يخلق سطحًا مساميًا يعمل كمرشح ومحفز كهربائي.
عندما تتحرك مياه الصرف الصحي عبر الغشاء، تنتج التفاعلات القريبة من الأنود جذور أكسيد الكلور. هذه الجزيئات قصيرة العمر ولكنها شديدة التفاعل تهاجم بسرعة نيتروجين الأمونيا وتساعد على تحويله إلى غاز النيتروجين، وهي مادة غير ضارة تشكل بالفعل معظم الغلاف الجوي للأرض.
يزيل الغشاء ما يقرب من 100% من نيتروجين الأمونيا مع فترة احتجاز تبلغ 1.2 دقيقة فقط. وخلال أكثر من 70 ساعة من التشغيل المتواصل، قام النظام أيضًا بتقليل الطلب على الأكسجين الكيميائي بنسبة 68% وإجمالي النيتروجين (TN) بنسبة 99.6%.
لماذا يعمل الروثينيوم والكلوريد على تحسين الأداء
وقد نتج الأداء القوي عن التفاعل بين أكاسيد المعدن الموجودة في الغشاء. أدت إضافة RuO₂ إلى زيادة إمكانية تطور الأكسجين (OEP)، مما يؤدي إلى قمع التفاعل غير المرغوب فيه الذي من شأنه أن يحول الطاقة الكهربائية إلى إنتاج الأكسجين. وبالتالي يمكن توجيه المزيد من الطاقة المتاحة نحو أكسدة الملوثات.
كما دعمت أيونات الكلوريد الموجودة في مياه الصرف الصحي المعالجة من خلال تشجيع تكوين أنواع الكلور التفاعلية. أظهرت الاختبارات أن كثافة التيار، وتركيز الأمونيا، وتركيز الكلوريد، ودرجة الحموضة، كلها تؤثر على كفاءة الإزالة. تم تسجيل أفضل النتائج عند كثافة تيار تبلغ 20 مللي أمبير/سم²، وتركيز كلوريد 100 ملجم/لتر، ودرجة حموضة حمضية.
معالجة مياه الصرف الصناعي الأكثر تعقيدًا
ولاختبار الغشاء ضد الملوثات التي تحتوي على كل من الكربون والنيتروجين، استخدم الباحثون عقار الاسيتامينوفين (APAP) كملوث نموذجي. نجح النظام في إزالة كلا العنصرين، مما يشير إلى أنه يمكنه معالجة النفايات السائلة الصناعية المعقدة بالإضافة إلى مياه الصرف الصحي الغنية بالأمونيا.
إن الجمع بين إزالة الكربون ونزع النتروجين في عملية واحدة يمكن أن يقلل من الحاجة إلى مراحل معالجة متعددة. ونظرًا لأن الأنواع التفاعلية يتم إنشاؤها في الموقع، فإن النظام يتجنب أيضًا الإضافة المستمرة للسلائف الكيميائية. إذا أثبت الغشاء أنه متين وفعال على نطاقات أوسع، فيمكن أن يوفر طريقة سريعة وموفرة للطاقة لتقليل التلوث الضار بمياه الصرف الصحي.
المرجع: “إزالة النتروجين وإزالة الكربون من مياه الصرف الصحي بشكل متزامن من خلال التوليد الموضعي لجذور ·ClO من خلال عملية ترشيح كهربائي سريعة وعالية الأداء” بقلم Bin Zhao وJialin Yang وRuiping Liu وJiuhui Qu وMeng Sun، 16 يوليو 2025، هندسة.
دوى: 10.1016/j.eng.2025.07.016
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
المصدر الأصلي: scitechdaily.com
